科技日?qǐng)?bào)記者 操秀英
2月19日，凌晨3時(shí)的機(jī)房，敲完最后一行代碼，中國(guó)海油所屬中海油田服務(wù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中海油服”）深海深層地震數(shù)據(jù)成像處理技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉金朋如釋重負(fù)。
此時(shí)，最后一批超深水三維地震數(shù)據(jù)處理完畢，大屏幕上，我國(guó)南部某海域3000米深處的地層，如同褪去面紗般清晰地浮現(xiàn)在眾人眼前。
隨著數(shù)據(jù)清洗、融合處理、建模成像等一系列工作結(jié)束，2月28日，中國(guó)海油宣布，首次完成珠江口盆地2600平方千米三維地震數(shù)據(jù)全部成像處理，刷新了國(guó)內(nèi)對(duì)3000米水深海底地層構(gòu)造的理論認(rèn)知，填補(bǔ)了中國(guó)海油對(duì)深海深層三維地震勘探數(shù)據(jù)處理的空白，為我國(guó)深遠(yuǎn)海勘探開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)支撐。
清除深海噪聲
在深海地震勘探中，科研人員通過觀測(cè)和分析人工地震波在地下傳播反射回來的信號(hào)，構(gòu)建出海底地層三維模型，探測(cè)隱藏其中的油氣資源。
但這些信號(hào)中含有大量環(huán)境噪聲與地層干擾波，清除信號(hào)里的噪聲，是地震數(shù)據(jù)成像處理的第一步。劉金朋笑道：“沒想到，第一步就是一個(gè)‘下馬威’。”
一開始，團(tuán)隊(duì)成員、中海油服資深數(shù)據(jù)處理工程師鐘明睿沿用了傳統(tǒng)噪聲壓制方法。折騰許久后，屏幕里的成像顯示，小范圍的常規(guī)噪聲有所改善，但影響最大的復(fù)雜繞射多次波幾乎紋絲不動(dòng)。
十多天過去，數(shù)據(jù)降噪工作毫無進(jìn)展，鐘明睿失望至極。他意識(shí)到，慣用技術(shù)已經(jīng)對(duì)付不了這只來自深海的噪聲“怪獸”。
3000米水深之處，海底地層經(jīng)過多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加，猶如被揉皺后又展開的“千層酥”，地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜，產(chǎn)生的繞射多次波反復(fù)干擾有效信號(hào)。
“物探船獲取的原始信號(hào)數(shù)據(jù)有效率不到10%，必須要找新路子。”劉金朋語氣堅(jiān)定，“我們要將攻堅(jiān)重點(diǎn)放在抑制主要干擾噪聲——復(fù)雜繞射多次波上。”
如何實(shí)現(xiàn)？攻關(guān)過程中，計(jì)算機(jī)專業(yè)出身的鐘明睿首先想到了人工智能。該技術(shù)高度依賴大規(guī)模數(shù)據(jù)，而物探船已采集的海量地震數(shù)據(jù)，恰好滿足這一關(guān)鍵條件。
反復(fù)試驗(yàn)后，團(tuán)隊(duì)將目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)、字典特征學(xué)習(xí)與多次波壓制等技術(shù)融合創(chuàng)新，開發(fā)出全球首創(chuàng)基于人工智能的殘余繞射多次波衰減技術(shù)。
“快速、準(zhǔn)確是這一技術(shù)的兩大優(yōu)勢(shì)。”鐘明睿說，“通過模型訓(xùn)練，算法如同擁有了敏銳的‘聽覺’，可在0.1秒內(nèi)完成信號(hào)分類與篩選，在海量數(shù)據(jù)中精準(zhǔn)定位復(fù)雜繞射多次波。”
經(jīng)測(cè)試，經(jīng)該技術(shù)處理后的深海復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域地震數(shù)據(jù)，有效信號(hào)清晰度提升了30%。
合成地層構(gòu)造
在利用人工智能技術(shù)最大可能去除噪聲后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)面臨的另一個(gè)棘手問題是如何提高數(shù)據(jù)的精度。
“這就相當(dāng)于要把標(biāo)清畫質(zhì)處理成高清畫質(zhì)，以便讓地層構(gòu)造更清晰地呈現(xiàn)出來。”鐘明睿解釋。
物探船作業(yè)時(shí)，利用拖纜產(chǎn)生地震波，對(duì)海底地層進(jìn)行“CT掃描”，并實(shí)時(shí)完成震源和檢波點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。
但由于地震波穿透力有限，地層中關(guān)鍵構(gòu)造細(xì)節(jié)容易丟失。深海深層成像宛如“透過毛玻璃看星空”，如何提高數(shù)據(jù)精度一直是地震數(shù)據(jù)采集與處理中的一大難題。
此前，在海洋勘探項(xiàng)目中，團(tuán)隊(duì)多采用寬頻處理技術(shù)來提升數(shù)據(jù)精度。但這次3000米超深水地層構(gòu)造成像，又向他們發(fā)起了新挑戰(zhàn)。在這個(gè)深度，地層構(gòu)造劇變導(dǎo)致信號(hào)嚴(yán)重衰減，傳統(tǒng)頻段拓展方案全部失效。
難題背后是物理定律的桎梏——地震波在向地下傳播時(shí)，高頻成分難以穿透致密巖層。直接處理采集到的數(shù)據(jù)，很難描繪出地層整體構(gòu)造。
“能不能將同一區(qū)域獲取的數(shù)據(jù)拆分開，從不同頻段、不同維度去構(gòu)建地層構(gòu)造？”多次頭腦風(fēng)暴后，有人突發(fā)奇想，“這就猶如一個(gè)人看不清一座山的全貌，那就一群人從不同方向去看這座山，然后大家一起，一筆一筆勾勒出山的形狀。”
在這一思路的啟發(fā)下，團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，提出寬頻信號(hào)多維重構(gòu)理論，開發(fā)出智能頻帶融合算法，將寬頻段信號(hào)精細(xì)處理后，再像拼圖般精準(zhǔn)合成。
攻關(guān)最膠著時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員在機(jī)房連軸轉(zhuǎn)，測(cè)試了200余組參數(shù)組合。當(dāng)那組最佳參數(shù)組合輸入系統(tǒng)時(shí)，屏幕漸漸閃現(xiàn)出清晰的地層影像。
“成了！”劉金朋激動(dòng)得嗓音沙啞。數(shù)據(jù)顯示，新技術(shù)讓地震波地層識(shí)別能力從50米提升至25米，數(shù)據(jù)分辨率較之前提升60%。
推演數(shù)據(jù)影像
獲得高質(zhì)量清晰數(shù)據(jù)后，如何利用這些數(shù)據(jù)科學(xué)建模，反向推演出海底真實(shí)狀況成為數(shù)據(jù)成像的關(guān)鍵一步。
“傳統(tǒng)建模依賴勘探井的井孔數(shù)據(jù)作為‘錨點(diǎn)’，但我們勘探區(qū)域內(nèi)一口井都沒有，基礎(chǔ)地質(zhì)資料也寥寥無幾。”團(tuán)隊(duì)成員樊小意告訴記者，更棘手的是，深達(dá)3000米的海底地層變化劇烈，1%的誤差就會(huì)導(dǎo)致后期鉆探時(shí)，鉆頭偏離目標(biāo)數(shù)百米。
缺乏鉆井?dāng)?shù)據(jù)校正，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的模型就像是空中樓閣。研發(fā)一度陷入僵局。
沒有頭緒時(shí)，大家只能查閱海量文獻(xiàn)，多方請(qǐng)教行業(yè)專家。
機(jī)房里，堆積如山的行業(yè)前沿文獻(xiàn)被團(tuán)隊(duì)成員反復(fù)翻閱；線上線下，與權(quán)威專家交流座談、技術(shù)研討不停歇；會(huì)議室白板上，密密麻麻寫滿了各種思路和方案。
經(jīng)過無數(shù)次論證與推演，團(tuán)隊(duì)開啟了創(chuàng)建高精度速度模型的征程。通過對(duì)地震數(shù)據(jù)的深度挖掘，他們逐步構(gòu)建起準(zhǔn)確的速度模型。這個(gè)速度模型就像是一把精準(zhǔn)的尺子，能夠精準(zhǔn)測(cè)量地震波在地下傳播的速度變化，從而推斷出不同地層的結(jié)構(gòu)差異。
隨著模型的不斷優(yōu)化，地層的褶皺、斷層以及潛在的油氣儲(chǔ)層位置變得越來越明晰。“快看，這里很可能就是一個(gè)大型油氣儲(chǔ)層！”樊小意激動(dòng)地指著屏幕喊道。
這套無井深水新區(qū)建模處理解釋一體化方案，為復(fù)雜構(gòu)造帶圈閉評(píng)價(jià)提供了可靠依據(jù)，打開了我國(guó)深海油氣勘探新空間。那些曾被視作不可解讀的波紋曲線與數(shù)據(jù)，正“演繹”出可能蘊(yùn)藏超深水油氣田的寶藏脈絡(luò)。
今年的政府工作報(bào)告提出，開展新技術(shù)新產(chǎn)品新場(chǎng)景大規(guī)模應(yīng)用示范行動(dòng)，推動(dòng)商業(yè)航天、低空經(jīng)濟(jì)、深海科技等新興產(chǎn)業(yè)安全健康發(fā)展。
“此次3000米深海深層處理成像技術(shù)攻關(guān)的歷練讓大家堅(jiān)信，自主創(chuàng)新技術(shù)一定能破譯更多深海‘密碼’。”展望未來，劉金朋信心滿滿，“我們將繼續(xù)錨定深水深層勘探領(lǐng)域，攻堅(jiān)克難，為我國(guó)深海科技創(chuàng)新貢獻(xiàn)力量。”
